單列圓錐滾子軸承是一種能夠同時(shí)承受徑向載荷和單方向軸向載荷的滾動(dòng)軸承，其核心工作原理基于滾動(dòng)摩擦替代滑動(dòng)摩擦，并通過獨(dú)特的幾何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)載荷的精準(zhǔn)分配與穩(wěn)定運(yùn)行。以下是其工作原理的詳細(xì)解析：

一、結(jié)構(gòu)組成與幾何特性

核心部件

內(nèi)圈（錐形滾道）：與軸配合，滾道呈圓錐形，錐角通常為10°~30°。

外圈（錐形滾道）：與軸承座配合，滾道與內(nèi)圈滾道對稱，形成V形槽。

圓錐滾子：呈圓錐臺(tái)形，滾子大端面為球面，與保持架接觸；小端面為平面，與內(nèi)圈擋邊接觸。

保持架：通常采用鋼制或聚酰胺材料，用于均勻分隔滾子，防止相互接觸導(dǎo)致磨損。

幾何參數(shù)

接觸角（α）：滾子與滾道接觸點(diǎn)的法線與軸承軸線之間的夾角，通常為10°~30°。接觸角越大，軸向承載能力越強(qiáng)。

錐頂重合：內(nèi)圈、外圈和滾子的錐頂均位于軸承軸線的同一點(diǎn)上，確保載荷傳遞的集中性與穩(wěn)定性。

二、工作原理：滾動(dòng)摩擦與載荷分配

滾動(dòng)摩擦替代滑動(dòng)摩擦

當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，圓錐滾子在內(nèi)圈和外圈的錐形滾道間滾動(dòng)，將原本的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)降低至0.001~0.003，顯著減少能量損耗和發(fā)熱。

徑向與軸向載荷的協(xié)同承載

徑向載荷（Fr）：作用于軸承垂直方向，通過滾子與滾道的接觸點(diǎn)傳遞至外圈和內(nèi)圈。

載荷分解：徑向載荷在接觸點(diǎn)處分解為垂直于滾道的分力（法向力）和沿滾道方向的分力（切向力）。

滾子受力：法向力使?jié)L子壓緊滾道，切向力驅(qū)動(dòng)滾子滾動(dòng)。

軸向載荷（Fa）：作用于軸承軸向方向，通過接觸角α將軸向力轉(zhuǎn)化為徑向分力，由滾子與滾道共同承擔(dān)。

公式：軸向載荷與徑向載荷的關(guān)系為 

F 

a

?

 =F 

r

?

 ?tanα

，即接觸角越大，軸承能承受的軸向載荷越大。

對稱式載荷分布

單列圓錐滾子軸承的滾子呈對稱排列，內(nèi)外圈滾道的錐角設(shè)計(jì)使載荷均勻分布在所有滾子上，避免局部過載導(dǎo)致的早期失效。

三、關(guān)鍵設(shè)計(jì)：接觸角與預(yù)緊的作用

接觸角（α）的優(yōu)化

小接觸角（10°~15°）：徑向承載能力強(qiáng)，適用于重載徑向負(fù)荷場景（如機(jī)床主軸）。

大接觸角（25°~30°）：軸向承載能力顯著提升，適用于需承受較大軸向力的場景（如汽車差速器）。

預(yù)緊機(jī)制

軸向預(yù)緊：通過調(diào)整內(nèi)圈與外圈的軸向位置，使?jié)L子與滾道之間產(chǎn)生初始彈性變形，消除內(nèi)部游隙。

效果：提高軸承剛度，減少振動(dòng)和噪音；防止?jié)L子在載荷作用下發(fā)生滑動(dòng)（打滑現(xiàn)象）；延長使用壽命。

預(yù)緊方式：

定位預(yù)緊：通過螺母或墊片固定內(nèi)外圈軸向位置（如機(jī)床主軸）。

定壓預(yù)緊：通過彈簧施加恒定軸向力（如汽車傳動(dòng)軸）。